<p style="text-align: justify;"><span style="color: #000000;" data-ke-size="size16">Q. 선형회로망에서의 KCL과 KVL, 이상전류원과 이상전압원을 각각 설명하시오. 또한 테브난정리와 노튼정리를 등가전류, 등가전압, 등가저항으로 정리하시오.</span></p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;"><span data-ke-size="size16">A. <span style="color: #000000;"> 소자들이 연결된 접점을 마디, 마디와 마디의 단일경로를 가지라 합니다. 임의의 마디로 들어오고 나가는 전류의 합은 0, 임의의 폐경로를 따라 취한 전압의 합도 0입니다. 다시 말해, </span><span style="color: #0075c8;">KCL</span><span style="color: #000000;">(전하보존)은 흘러 들어간 전류가 흘러나간다는 개념이고, </span><span style="color: #0075c8;">KVL</span><span style="color: #000000;">(에너지보존)은 상승한 전위가 하강한다는 개념입니다. 그리고 각 소자에서 소비한 에너지의 합도 0입니다. 회로해석은 각 소자의 전류와 전압으로부터 전력(Σ공급전력 = Σ소비전력) 계산해 내는 것으로 비선형회로망은 복잡해서 선형회로망을 다루게 되는데, 초전도체가 아님에도 불구하고 도선과 접합용 접점의 저항을 0이라 가정합니다. 이러한 회로를 단순화하는 3가지 방법이 있습니다. 첫째, 병렬접속된 전류원들을 하나의 등가전류원, 직렬접속된 전압원들을 하나의 등가전압원으로 대체합니다. 만약 내부저항이 없다면 이상전류원, 이상전압원까지 고려할 수 있습니다. </span><span style="color: #0075c8;">이상전류원</span><span style="color: #000000;">의 전류는 전류원에 접속된 부하저항 또는 전류원의 양단전압과 무관하고, 실제전류원은 이상전류원과 병렬접속된 저항을 모델로 삼습니다. </span><span style="color: #0075c8;">이상전압원</span><span style="color: #000000;">의 단자전압은 전압원을 통해 흐르는 전류와 무관하고, 실제전압원은 이상전압원과 직렬접속된 저항을 모델로 삼습니다. 전원변환은 저항과 직렬접속된 전압원을 저항과 병렬접속된 전류원으로 대체할 수 있다는 것으로 전원변환을 반복하다 보면 회로해석이 좀 더 수월해집니다. 둘째, 저항을 등가저항으로 대체합니다. 셋째, 병렬저항에서는 전류분배[Ik = I * 1/Rk/(1/R1+1/R2+‥+1/RN)], 직렬저항에서는 전압분배[Vk = V * Rk/(R1+R2+‥+RN)]를 적용합니다. 여기에는 </span><span style="color: #ffffff; background-color: #ff6600;">Duality</span><span style="color: #000000;">가 숨어 있는데, L-C의 원리이기도 합니다. 참고로 축전지 용량은 단자전압이 규정전압으로 강하될 때까지 나오게 할 수 있는 전기량입니다. 쉽게 말해, 80Ah를 8A로 방전하면 10시간, 4A로 방전하면 20시간 사용할 수 있습니다. 그러나 극판이 PbSO4로 변하면 용량을 잃게 되는데, 이를 자기방전이라 합니다. </span></span></p><p style="text-align: justify;"> </p><p style="text-align: justify;"><span data-ke-size="size16"><span style="color: #000000;"> 전류의 기준방향과 전압의 기준극성을 설정한 다음 키르히호프 적용하는 방법이 있습니다. 첫째,</span><span style="color: #0075c8;"> 마디해석법</span><span style="color: #000000;">은 마디 4개인 회로라면 KCL 방정식 3개(기준마디 0V)로 마디전압 구한다는 것으로 초마디(기준마디에 접속되어 있지 않은 전압원) 1개면 KCL 방정식 2개가 필요합니다. 그런데 종속전원의 제어변수가 전류이면 방정식 1개 추가해야 합니다. 둘째, planar circuit에만 적용할 수 있는 </span><span style="color: #0075c8;">메쉬해석법</span><span style="color: #000000;">은 메쉬 4개인 회로라면 KVL 방정식 4개로 메쉬전류 구한다는 것으로 초메쉬(2개의 메쉬에 의해 공유된 전류원)가 1개이면 KVL 방정식 3개가 필요합니다. 그런데 종속전원의 제어변수가 전압이면 방정식 1개 추가해야 합니다. 셋째, 중첩원리 기반으로 특정 부분을 등가회로로 대체하는 해석법도 있습니다. 선형성(전원 ∝ 응답)의 결과인 중첩원리는 독립전원들이 있는 회로에서의 응답은 독립전원 각각의 응답 또는 초전원 각각의 응답을 합한 결과라는 것인데, 전력 같은 비선형성에는 적용되지 않습니다. </span><span style="color: #0075c8;">테브난정리</span><span style="color: #000000;">에 의하면 부하저항을 제외한 나머지 모두를 독립전압원 1개, 저항 1개의 직렬접속으로 대체할 수 있으며, </span><span style="color: #0075c8;">노튼정리</span><span style="color: #000000;">에 의하면 부하저항을 제외한 나머지 모두를 독립전류원 1개, 저항 1개의 병렬접속으로 대체할 수 있습니다. 이 등가회로를 사용하면 트랜지스터 전력증폭기에서 스피커로 공급하는 최대전력을 계산할 수 있습니다. 부하저항은 접속된 회로의 테브난 등가저항과 정합(matching)일 때 최대전력을 전달받습니다. 여기에서 각 저항에 정격전력을 초과하는 전류가 흐르면 사고 납니다. 아무쪼록 여러 개의 전원이 동시에 한 시스템에 작용할 때 어느 하나가 전체 응답에 지배적인 영향을 미친다는 사실을 알게 되었습니다. 전자회로를 다룰 때에는 테브난 등가회로를 이용하여 증폭단의 입력저항과 출력저항을 찾아야 합니다만 회로해석 시에는 특정 응답에 어느 전원이 지배적인지 가리는 경우가 아니라면 마디해석법, 메쉬해석법이 더 효과적입니다. 마지막으로 연립방정식의 해를 구하려면 </span><span style="color: #ffffff; background-color: #ff6600;">MATLAB</span><span style="color: #000000;">, 회로해석에 있어 소자의 수가 많거나 각 전원이 특정 응답에 미치는 영향을 알려면 </span><span style="color: #ffffff; background-color: #ff6600;">OrCAD</span><span style="color: #000000;">가 유용합니다.</span></span></p>
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